加氫反應器聲發射檢測與評定
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摘 要：針對石化行業關鍵設備加氫反應器運行安全，在制造出廠和在用檢修時進行耐壓試驗的同時進行聲發射檢測，以提高加氫反應器的安全使用可靠性。本文給出5臺加氫反應器的檢測結果，通過檢測技術的不斷改進和完善，并輔以其它檢測方法和評定，可以很好地評價加氫反應器的安全狀況。
主題詞：聲發射（AE）；無損檢測；評定 超聲波液位計 超聲波物位計 超聲波清洗機 超聲波測厚儀 洗片機
0 引言
聲發射技術是從五十年代興起，目前已日趨成熟的一種動態無損檢測方法。國外八十年代初期就廣泛應用于加氫反應器和核電關鍵設備的出廠檢驗。我國于七十年代開始研究和應用聲發射，通過幾十年的努力，無論從應用的深度和廣度上都有了比較大的發展。目前它已被廣泛應用于材料試驗、石油化工壓力容器檢驗、航空航天、能源、建筑、交通等領域的結構完整性檢測和評價。隨著計算機技術和信號處理技術的迅速發展，全數字化聲發射儀的出現，并與國際接軌，我國石化行業的加氫反應器無論在新制造出廠或在用檢修時，用戶為了提高加氫反應器的安全使用可靠性，紛紛增加聲發射檢測，并輔以其它無損檢測方法和評定，可以很好的評價在制和在用加氫反應器的安全狀況。
本文所述的5臺加氫反應器為3臺新制造出廠檢測，2臺為在用檢測。
1 加氫反應器概況
加氫反應器基本參數見表1。
表1 加氫反應器基本參數
序號 容器名稱 容器編號 規 格 材 質 設計壓力MPa 設計溫度℃ 備 注
1 加氫精制反應器 R3001 Ф4200×201.5×22462 2 1/4Cr-1Mo-1/4V 15.55 445 新制，鍛焊
2 加氫裂化反應器 R3002 Ф4560×198.5×25872 2 1/4Cr-1Mo-1/4V 15.34 445 新制，鍛焊
3 加氫反應器 R4001 Ф3800×140.5×20062 2 1/4Cr-1Mo-1/4V 11.34 437 新制，鍛焊
4 加氫精制反應器 R2101C Ф800×58×8950 0Cr18Ni10Ti 13.65 400 在用，板焊
5 加氫精制反應器 R001A Ф500×42×7127 1Cr18Ni9Ti 15.12 380 在用，板焊
1-3#加氫反應器為出廠耐壓試驗時進行的聲發射檢測，4#、5#為在用停工全面檢驗時，外表面發現表面裂紋，經焊接返修合格，耐壓試驗時所進行的聲發射檢測。
2 聲發射檢測評定
2.1 聲發射檢測條件
儀 器：美國PAC DISP32聲發射系統，頻率范圍100~400KHz；
傳感器固定方式：磁固定器或繃帶；耦 合 劑：真空脂；
檢測標準：GB/T18182-2000《金屬壓力容器聲發射檢測及結果評價方法》，
JB/T7667-95《在役壓力容器聲發射檢測評定方法》。
儀器參數設置見表2。
表2 儀器參數設置
序號 容器編號 監測及定位方式 聲速(m / s) 門檻(dB) 傳感器個數 傳感器最大間距(m) 最高試驗壓(MPa)
1 R3001 整體監測，柱面定位 5500 45 20 5 22.41
2 R3002 整體監測，柱面定位 5500 45 20 6 22.13
3 R4001 整體監測，柱面定位 5000 45 20 5.5 16.32
4 R2101C 整體監測，柱面定位 5500 45 8 2.5 12.5
5 R001A 整體監測，柱面定位 5500 45 8 2.5 13.3
2.2 傳感器的布置與聲發射儀器校準
傳感器的布置見圖1a，圖1b。
圖1a R3001傳感器布置圖 圖1b R001A傳感器布置圖
聲發射儀器校準
使用聲發射儀本身AST功能，判定聲發射系統標定正常和各通道傳感器響應幅度符合標準要求，或采用0.5mm鉛芯折斷作為模擬源，在相應部位給模擬信號，觀察各信號特征參數和定位精度，不滿足標準要求的予以調整。
2.3 定位方式及加載程序
采用整體監測柱面定位方式，新制反應器采用潔凈水作為試壓介質，在用反應器因存在催化劑無法倒空，采用氮氣或氬氣試壓。依據"容規"規定并參照JB/T7667-95《在役壓力容器聲發射檢測評定方法》，分三個臺階保壓，即80%試驗壓力15min，試驗壓力30min，降至80%試驗壓力15min。加載曲線見圖3。
超聲波液位計 超聲波物位計 超聲波清洗機 超聲波測厚儀 洗片機
2.4 聲發射檢測結果與分析
2.4.1新制加氫反應器聲發射檢測結果
新制造的加氫反應器耐壓試驗時聲發射檢測，低壓階段聲發射信號較多，高壓階段信號漸少，各保壓階段信號均較少。典型的聲發射信號定位圖譜見圖3、圖4。由圖3、圖4可看出，升壓階段信號很多，觀察各聲源定位信號特征參數得出，絕大多數屬噪聲信號，與低壓階段多因素引起的機械噪聲有關，且難于屏蔽，分析時只作參考。保壓階段信號較少，且幅度、計數、能量等特征參數值較低。依據JB/T7667標準強度、活動度綜合評級，均屬Ⅰ、Ⅱ類聲源，可不需要用常規無損檢測方法或其它方法復驗。
圖3 R3001 0～15.55MPa 升壓階段聲發射源定位圖
圖4 R3001 15.55 MPa保壓10min聲發射源定位圖
2.4.2 在用加氫反應器聲發射檢測結果
4#、5#在用加氫反應器均為洛陽院設計，一重1993年制造的單層不銹鋼反應器，2004年全面檢驗時4#在上人孔焊縫外表面發現較深的裂紋，5#在上下封頭環縫外表面分別發現2處裂紋，上述裂紋均經用戶委托有資質的單位進行焊接返修，經檢測合格后進行耐壓試驗(氣壓)，同時進行聲發射檢測。典型的聲發射信號圖譜見圖5、圖6。由圖5、圖6可看出，升壓階段信號很多，與反應器盛裝催化劑和加壓速率等引起的機械噪聲有關，且難于屏蔽，分析時只作參考。最高加載壓力下保壓30min，聲發射信號漸少，且幅度、計數、能量等特征參數值較低，明顯呈收斂趨勢。依據JB/T7667標準強度、活動度綜合評級，均屬Ⅰ、Ⅱ類聲源，可不需要用常規無損檢測方法或其它方法復驗。表明該反應器在13.3MPa壓力下是穩定的。
圖5 R001A 5.7～9.3MPa 升壓階段聲發射源定位圖
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